Оптопари, які з’єднують схеми за допомогою оптичних сигналів як середовища, є елементом, активним у сферах, де висока точність є обов’язковою, наприклад в акустиці, медицині та промисловості, завдяки їх високій універсальності та надійності, наприклад довговічності та ізоляції.
Але коли і за яких обставин працює оптрон і який принцип його роботи? Або коли ви фактично використовуєте фотопару у своїй роботі з електронікою, ви можете не знати, як її вибрати та використовувати. Тому що оптрон часто плутають з «фототранзистором» і «фотодіодом». Тому про те, що таке фотопара, ми розповімо в цій статті.
Що таке фотопара?
Оптрон — це електронний компонент, етимологія якого — оптичний
coupler, що означає «з’єднання зі світлом». Іноді також відомий як оптрон, оптичний ізолятор, оптична ізоляція тощо. Він складається з світловипромінювального елемента та світлоприймального елемента та з’єднує вхідну та вихідну ланцюги через оптичний сигнал. Між цими ланцюгами немає електричного зв’язку, іншими словами, вони знаходяться в ізоляції. Таким чином, схема з'єднання між входом і виходом є окремою і передається тільки сигнал. Надійно з’єднуйте схеми зі значно різними рівнями вхідної та вихідної напруги з високовольтною ізоляцією між входом і виходом.
Крім того, передаючи або блокуючи цей світловий сигнал, він діє як перемикач. Детальний принцип і механізм будуть пояснені пізніше, але світловипромінюючим елементом фотопари є світлодіод (світлодіод).
З 1960-х до 1970-х років, коли були винайдені світлодіоди та їхній технологічний прогрес був значним,оптоелектронікастав бумом. На той час різноманітніоптичні приладибули винайдені, і одним із них був фотоелектричний з’єднувач. Згодом оптоелектроніка швидко проникла в наше життя.
① Принцип/механізм
Принцип дії оптрона полягає в тому, що світловипромінюючий елемент перетворює вхідний електричний сигнал у світло, а світлоприймальний елемент передає світловий зворотний електричний сигнал у вихідну схему. Елемент, що випромінює світло, і елемент, що приймає світло, знаходяться всередині блоку зовнішнього світла, і вони розташовані один навпроти одного, щоб пропускати світло.
Напівпровідником, який використовується у світловипромінюючих елементах, є світлодіод (світлодіод). З іншого боку, існує багато типів напівпровідників, які використовуються в світлоприймальних пристроях, залежно від середовища використання, зовнішнього розміру, ціни тощо, але загалом найбільш часто використовуваним є фототранзистор.
Коли фототранзистори не працюють, вони пропускають менше струму, ніж звичайні напівпровідники. Коли туди падає світло, фототранзистор створює фотоелектрорушійну силу на поверхні напівпровідника P-типу та напівпровідника N-типу, дірки в напівпровіднику N-типу протікають у p-область, вільний електрон напівпровідника в p-область протікає в російську область, і потече струм.
Фототранзистори не такі чуйні, як фотодіоди, але вони також мають ефект посилення вихідного сигналу в сотні до 1000 разів над вхідним сигналом (завдяки внутрішньому електричному полю). Тому вони досить чутливі, щоб вловлювати навіть слабкі сигнали, що є перевагою.
Насправді «блокатор світла», який ми бачимо, — це електронний пристрій з тим же принципом і механізмом.
Однак світлопереривники зазвичай використовуються як датчики і виконують свою роль, пропускаючи світлоблокуючий об’єкт між світловипромінюючим елементом і світлоприймаючим елементом. Наприклад, його можна використовувати для виявлення монет і банкнот у торгових автоматах і банкоматах.
② Особливості
Оскільки оптрон передає сигнали через світло, ізоляція між стороною входу та стороною виходу є основною особливістю. Висока ізоляція не легко піддається впливу шуму, але також запобігає випадковому протіканню струму між сусідніми ланцюгами, що надзвичайно ефективно з точки зору безпеки. А сама конструкція відносно проста і розумна.
Унікальною перевагою оптронів є також багатий модельний ряд різних виробників завдяки своїй довгій історії. Оскільки немає фізичного контакту, знос між деталями невеликий, а термін служби довший. З іншого боку, є також особливості, що світлова ефективність легко коливатися, оскільки світлодіод повільно погіршуватиметься з плином часу та змінами температури.
Особливо, коли внутрішні компоненти прозорого пластику протягом тривалого часу стають каламутними, це не може бути дуже хорошим світлом. Однак у будь-якому випадку термін служби занадто довгий порівняно з контактним контактом механічного контакту.
Фототранзистори зазвичай повільніші за фотодіоди, тому їх не використовують для високошвидкісного зв’язку. Однак це не є недоліком, оскільки деякі компоненти мають схеми підсилення на стороні виходу для збільшення швидкості. Насправді не всі електронні схеми потребують збільшення швидкості.
③ Використання
Фотоелектричні муфтив основному використовуються для перемикання. Ланцюг подається під напругу після ввімкнення вимикача, але з точки зору вищевказаних характеристик, особливо ізоляції та тривалого терміну служби, він добре підходить для сценаріїв, що вимагають високої надійності. Наприклад, шум є ворогом медичної електроніки та аудіообладнання/комунікаційного обладнання.
Він також використовується в системах моторного приводу. Причина двигуна полягає в тому, що швидкість контролюється інвертором під час його роботи, але він створює шум через високу потужність. Цей шум не тільки призведе до виходу з ладу самого двигуна, але й протікає через «землю», впливаючи на периферійні пристрої. Зокрема, обладнання з довгою проводкою легко сприймає цей високий вихідний шум, тому, якщо це станеться на заводі, це призведе до великих втрат, а іноді й до серйозних аварій. Використовуючи високоізольовані оптрони для комутації, вплив на інші схеми та пристрої можна мінімізувати.
По-друге, як вибрати та використовувати оптрони
Як правильно використовувати оптрон для розробки продукту? Наступні інженери-розробники мікроконтролерів пояснять, як вибирати та використовувати оптрони.
① Завжди відкритий і завжди закритий
Існує два типи фотопар: тип, у якому перемикач вимикається (вимкнено), коли напруга не подається, тип, у якому вимикач увімкнено (вимкнено), коли подається напруга, і тип, у якому вимикач вмикається при відсутності напруги. Подавати і вимикати при подачі напруги.
Перший називається нормально відкритим, а другий – нормально закритим. Як вибрати, по-перше, залежить від того, яка схема вам потрібна.
② Перевірте вихідний струм і прикладену напругу
Фотопари мають властивість підсилювати сигнал, але не завжди пропускають через нього напругу і струм довільно. Звичайно, він номінальний, але напруга повинна бути прикладена з боку входу відповідно до бажаного вихідного струму.
Якщо ми подивимося на специфікацію продукту, то побачимо діаграму, де по вертикальній осі – вихідний струм (колекторний струм), а по горизонтальній – вхідна напруга (напруга колектор-емітер). Струм колектора змінюється залежно від інтенсивності світлодіода, тому подавайте напругу відповідно до бажаного вихідного струму.
Однак ви можете подумати, що розрахований тут вихідний струм напрочуд малий. Це значення струму, яке все ще може бути надійно виведено після врахування погіршення світлодіода з часом, тому воно менше максимального значення.
Навпаки, бувають випадки, коли вихідний струм невеликий. Тому, вибираючи оптрон, обов’язково уважно перевіряйте «вихідний струм» і вибирайте продукт, який йому відповідає.
③ Максимальний струм
Максимальний струм провідності - це максимальне значення струму, яке може витримати оптрон під час проведення. Знову ж таки, перед покупкою нам потрібно переконатися, що ми знаємо, скільки виходу потребує проект і яка вхідна напруга. Переконайтеся, що максимальне значення та використовувана сила струму не є обмеженнями, але є певний запас.
④ Налаштуйте фотопару правильно
Правильно вибравши оптрон, застосуємо його в реальному проекті. Сама установка проста, просто підключіть клеми, підключені до кожної вхідної та вихідної ланцюгів. Однак слід бути обережним, щоб не неправильно орієнтувати вхідну та вихідну сторону. Таким чином, ви також повинні перевірити символи в таблиці даних, щоб ви не виявили, що ніжка фотоелектричного з’єднувача неправильна після малювання плати друкованої плати.
Час публікації: 29 липня 2023 р